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预扭曲驱动信号减少了传动装置的滞后误差
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Reducing Actuator Hysteresis Error by Using Pre-Warped
Drive Signal
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■John Rowland
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许多位移传感器在对驱动信号的响应上表现出滞后性。为观察这一现象，可采用三角波来驱动传动装置，并同时使用线性位移传感器来测量传动装置的响应。然后，将命令和响应信号显示在示波器上。图1a示出了低重复频率下的凹凸式滞后显示器。
一般来说，具有此类响应特性的传动装置会随着三角波频率的增加而呈现更多的滞后。如果我们把高频条件下的轨迹叠加在低频轨迹上，就会看到一个如图1b所示的显示。
由于可以事先测量相对于三角波输入的传动装置响应，故可生成一个非线性驱动信号以对响应进行补偿。这是通过制作一个具有近乎相反的三角波输入响应特性的放大器来实现的。采用经适当扭曲的信号来驱动传动装置，使得相对于三角波输入信号的位置-位移响应线性更好。对于三角波输入信号VIN，所需的驱动信号VOUT按图2所示（虚线）来确定。
所需信号对输入电压上升的响应不同于其对输入电压下降的响应，这就提出了一种简单的电路实现方法。如果把延迟的输入信号从输入信号的当前值中减去，就可建立一个与输入dv/dt成正比的VUP/DOWN信号。利用一个取样/保持放大器和一个差分放大器即可生成一个
V信号。 图3示出了相对于三角波驱动信号的、经适当比例缩放的VUP/DOWN。 把VUP/DOWN的一个经比例缩放和低通滤波的输出加至原始三角波上，就产生了一个扭曲驱动信号（图4）。
取样器工作于固定的时钟频率意味着随着实例三角波的频率的增加（或随着任何驱动信号的转换速率的增加），VUP/DOWN的幅度也增加。因此，扭曲程度以一种适合于对不断增加的传动装置的非线性提供补偿的方式随频率而增加。
第一个宽带型的预扭曲装置(Pre-warper)选用一个简单的一阶低通滤波器作为VUP/DOWN滤波器。图5示出了试验电路板原理图。
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